Premier cours de physique Trimestre préparatoire 2012

Objectifs de l’enseignement de physique Bases théoriques de la physique moderne Initiation à l’expérimentation Initiation à la pratique de la recherche Formation de base en physique Introduction aux grands domaines de la physique et de ses applications technologiques Solides, Optique, Particules, Nucléaire, Astrophysique, Géophysique, Physique Théorique, Interfaces avec les autres sciences (Biologie, mécanique,...) Applications électroniques et optiques des semiconducteurs, nanomatériaux ; Technologie nucléaire, environnement … Formations techniques Formations à la recherche Culture scientifique de base Années 1 & 2 Année 3 Année 4

Projet scientifique collectif (travail personnel par groupe de 6) (~60 heures) Cours « long » de 2x9 séances choisi par une majorité des élèves Compléments de mécanique quantique Introduction à la physique statistique Cours « court » de 9 séances choisi par ~250 élèves Relativité restreinte & méthodes variationnelles 2ème année (cours partiellement optionnels) Modules expérimentaux d’électronique et de physique (9x6 heures) enseignement commun: mécanique quantique (7 séances) 1ère année Théorie Expérimental/ technologique Mai-juillet 2012 sept 2012-juil 2013

3ème année Programme d’approfondissement 1 Programme d’approfondissement N Programme d’approfondissement physique période 1 période 2 Ingénierie électr(on)ique Mécanique et physique pour l’environnement Module + Stage de recherche Energies pour le XXIème siècle Oct-déc 2013Janv-mars 2014 Programme d’approfondissement 2 Modulemodule Modulemodule Modulemodule avril-juillet 2014

Période1 : Introduction aux grands domaines de la physique moderne. lasers, solides (propr. électroniques et mécaniques), nucléaire/ particules élémentaires, astrophysique, matière molle, physique des objets biologiques. Période 2 : Préparation aux formations spécialisées de 4ème année: - Théories (Relat Générale, Champs, Stat) et domaines expérimentaux. -bases physiques de l’électronique et de l’optique industrielles -Principes et techniques nucléaires (fusion/fission) -Géophysique interne et externe / environnement terrestre -Interfaces avec la biologie, la mécanique, la chimie. Période 3 : Stage (France et Etranger) Ecoles d’ingénieur F ENS-télécom; ENSTA; Supelec ES optique; ENS chimie-Paris Masters F(X+autres) Formations à l’Etranger Physique ; Ingénierie électrique; Sciences des matériaux 4ème année

Modules « courts » (max: 9 séances) 14 h cours, 18 h exercices -denses / ciblés -Manuel spécifique Pédagogie (années 1  3) Travaux personnels / lectures (année 2) Projet scientifique, modules expérimentaux, (année 3) approfondissements, stage de recherche

Interactions fondamentales ~100 chercheurs Micro-nano- optoélectronique ~40 chercheurs Matière condensée ~100 chercheurs Lasers, optique, plasmas ~120 chercheurs Recherches en physique à l’X ~350 chercheurs permanents /600 ~120 doctorants/400

Cours « long » de 2x9 séances choisi par une majorité des élèves Compléments de mécanique quantique Introduction à la physique statistique 2ème année (cours optionnels) mécanique quantique 1ère année (tronc commun, 7 séances) Utilisation → Tous les cours de physique

COURS DE MECANIQUE QUANTIQUE Jean Dalibard ; Philippe Grangier Notions physiques préalables Outils mathématiques Principes et aspects simples Mai-juillet 2012 Contenu du cours préparatoire

Articulation du cours ONDE Etape 1 : « Dualité » onde - particule PARTICULE Mouvement, forces Caractéristiques d’une particule Position, impulsion … fréquence, longueur d’onde, vitesse de propagation Mécanique quantique Mécanique ondulatoire (Wave mechanics) Energie (E c, V) Energie / Intensité  |a| 2

ONDE interférences Description mathématique d’une onde tridimensionnelle λ

Faisceaux de particules (1925) Interférences « Dualité » onde - particule Paquet d’onde Particule unique Onde Faisceau de particules |p|

Equation de Schrödinger Champs ; opérateurs différentiels Etape 2: Interprétation probabiliste:Probabilités Fonction de Dirac ; distributions Transformation de Fourier 1°) Particule  onde = « onde de probabilité » 2°) Equation fondamentale

Etape 3. : particules dans des situations simples. Equations différentielles ; conditions aux limites Etude de l’équation de Schrödinger Quantification de l’énergie d’une particule

Etape 4: Généralisation et interprétation de l’équation d’onde Opérateurs linéaires hermitiens Valeurs propres ; vecteurs propres Formalisme « abstrait » de la mécanique quantique Rapport entre la théorie et l´observation expérimentale

ENTRACTE (10 minutes)